JP2013134498A - 広角ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、大きな絞り値を有するとともに、優れた結像品質を確保できる広角ズームレンズを提供することである。
【解決手段】本発明の広角ズームレンズは、物体側から像側に向かって、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、及び正の屈折力の第３レンズ群が順に配列され、変倍する際、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群はその光軸に沿って移動し、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
０．７７＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．１ （１）
０．７＜Ｌ２／ｆＴ＜１．０８ （２）
ここで、ｆ１は第１レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ２は第２レンズ群の有効焦点距離であり、Ｌ２は広角ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍した後の第２レンズ群の移動距離であり、ｆＴは広角ズームレンズの望遠端における有効焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズに関するものであって、特に広角ズームレンズに関するものである。

ズームレンズにおいて、重要なパラメーターとする絞り値が大きくなると、入射する光の量も大きくなるため各々の収差を補正することが難しい。従って、いかに大きな絞り値を有しながら、優れた結像品質を確保できるかが、現在ズームレンズを設計する際の重要課題である。

本発明の目的は、大きな絞り値を有するとともに、優れた結像品質を確保できる広角ズームレンズを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明に係る広角ズームレンズは、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、及び正の屈折力を有する第３レンズ群が順に配列され、変倍する際、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群はその光軸に沿って移動し、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
０．７７＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．１ （１）
０．７＜Ｌ２／ｆＴ＜１．０８ （２）
ここで、ｆ１は前記第１レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ２は前記第２レンズ群の有効焦点距離であり、Ｌ２は前記広角ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍した後の前記第２レンズ群の移動距離であり、ｆＴは前記広角ズームレンズの望遠端における有効焦点距離である。

上記の条件式を満たすことによって、広角ズームレンズは、大きな絞り値を有するとともに、優れた結像品質を確保できる。

本発明の第一実施形態に係るズームレンズの構造を示す図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの広角端での球面収差図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの広角端での像面湾曲図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの広角端での歪曲収差図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの望遠端での球面収差図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの望遠端での像面湾曲図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの望遠端での歪曲収差図である。 本発明の第二実施形態に係るズームレンズの構造を示す図である。 図８に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの広角端での球面収差図である。 図８に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの広角端での像面湾曲図である。 図８に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの広角端での歪曲収差図である。 図８に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの望遠端での球面収差図である。 図８に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの望遠端での像面湾曲図である。 図８に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの望遠端での歪曲収差図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る広角ズームレンズ１００は、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群１０、正の屈折力を有する第２レンズ群２０、及び正の屈折力を有する第３レンズ群３０が順に配列されている。広角ズームレンズ１００が広角端から望遠端まで変倍する際、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０及び第３レンズ群３０はその光軸に沿って移動する。

広角ズームレンズ１００は、２つの絞り４０及びフィルター５０をさらに備える。２つの絞り４０は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０との間及び第２レンズ群２０と第３レンズ群３０との間にそれぞれ設置される。フィルター５０は、第３レンズ群３０の像側に設置される。光は、第１レンズ群１０、絞り４０、第２レンズ群２０、絞り４０、第３レンズ群３０、及びフィルター５０を順に通り、最後に感知面６０で結像される。本実施形態において、２つの絞り４０と第２レンズ群２０とは一緒に固定される。変倍する過程において、２つの絞り４０は、第２レンズ群２０に随って移動し、この時、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０との間の距離は小さくなり、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０との間の距離を大きくなる。これにより、可変倍率を実現することができる。

第１レンズ群１０には、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ１１及び正の屈折力を有する第２レンズ１２が順に配列されている。第１レンズ１１は非球面であり、第２レンズ１２は球面である。第１レンズ１１は、物体側に面する第一表面Ｓ１及び像側に面する第二表面Ｓ２を備える。第２レンズ１２はメニスカス形状であり、物体側に凸面を向けた第三表面Ｓ３及び像側に凹面を向けた第四表面Ｓ４を備える。

第２レンズ群２０には、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第３レンズ２１、正の屈折力を有する第４レンズ２２、負の屈折力を有する第５レンズ２３、及び正の屈折力を有する第６レンズ２４が順に配列されている。第３レンズ２１と第６レンズ２４は非球面であり、第４レンズ２２及び第５レンズ２３は球面の複合レンズである。第３レンズ２１は、物体側に面する第五表面Ｓ５及び像側に面する第六表面Ｓ６を備える。第４レンズ２２はメニスカス形状であり、物体側に凸面を向けた第七表面Ｓ７及び像側に凹面を向けた第八表面Ｓ８を備える。第５レンズ２３はメニスカス形状であり、物体側に凸面を向けた第九表面Ｓ９及び像側に凹面を向けた第十表面Ｓ１０を備える。第八表面Ｓ８と第九表面Ｓ９とは接着される。第６レンズ２４は、物体側に面する第十一表面Ｓ１１及び像側に面する第十二表面Ｓ１２を備える。本実施形態において、第３レンズ２１と第６レンズ２４はプラスチックレンズである。

第３レンズ群３０は、正の屈折力を有する第７レンズ３１を備える。該第７レンズ３１は非球面であり、物体側に面する第十三表面Ｓ１３及び像側に面する第十四表面Ｓ１４を備える。

フィルター５０は平板状であり、光線の中の赤外線をカットするために用いられ、物体側に面する第十五表面Ｓ１５及び像側に面する第十六表面Ｓ１６を備える。

広角ズームレンズ１００は、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。

０．７７＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．１ （１）

０．７＜Ｌ２／ｆＴ＜１．０８ （２）

ここで、ｆ１は第１レンズ群１０の有効焦点距離であり、ｆ２は第２レンズ群２０の有効焦点距離であり、Ｌ２は広角ズームレンズ１００が広角端から望遠端まで変倍した後の第２レンズ群２０の移動距離であり、ｆＴは広角ズームレンズ１００の望遠端における有効焦点距離である。

条件式（１）及び（２）を満たすと、大きな絞り値を有する場合に、広角端及び望遠端における各々の収差は補正される。条件式（１）において、第２レンズ群２０の有効焦点距離ｆ２が短すぎる場合、広角端及び望遠端における球面収差及び色収差は大きくなり、四片のレンズを使用しても補正できない。第１レンズ群１０の有効焦点距離ｆ１が短すぎる場合、ズームレンズ１０の広角端における歪曲収差は大きくなる。また、第２レンズ群２００の有効焦点距離が長すぎる場合、広角ズームレンズ１００の全長は長くなり、第１レンズ１１の寸法も大きくなるため、レンズの厚さ及びコストを増加させる。条件式（２）において、第２レンズ群２０の移動量が大きすぎる場合、必ず広角ズームレンズ１００の厚さを増加させて、第２レンズ群２０の移動の距離を維持させる必要がある。第２レンズ群２０の移動量が短すぎる場合、第２レンズ群２０の有効焦点距離を縮少しなければならず、広角端及び望遠端における球面収差及び色収差は大きくなる。従って、広角ズームレンズ１００の解像度を下げてしまう。

広角ズームレンズ１００は、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。

１．２＜ｆ３／ｆ２＜２．８５ （３）

ここで、ｆ３は第３レンズ群３０の有効焦点距離である。

条件式（３）を満たすと、広角ズームレンズ１００はズーム性能に優れる。条件式（３）において、第３レンズ群３０の有効焦点距離ｆ３が長すぎる場合、焦点調整する際の移動距離は長くなり焦点調整の速度に影響を与える。第３レンズ群３０の有効焦点距離ｆ３が短すぎる場合焦点調整の精度を下げる。

広角ズームレンズ１００は、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。

１．０２＜Ｎ２／Ｎ１＜１．１５ （４）

ここで、Ｎ１は第１レンズ１１の屈折率であり、Ｎ２は第２レンズ１２の屈折率である。

条件式（４）を満たすと、広角ズームレンズ１００の歪曲収差は補正され、且つ中心及び周辺の映像は同時にはっきりとフォーカシングされる。

広角ズームレンズ１００は、以下の条件式（５）及び（６）を満たすことが好ましい。

２＜Ｖ１／Ｖ２＜２．７ （５）

１．５＜Ｖ４／Ｖ５＜３．８ （６）

ここで、Ｖ１及びＶ２は第１レンズ１１及び第２レンズ１２におけるアッベ数であり、Ｖ４及びＶ５は第４レンズ２２及び第５レンズ２３におけるアッベ数である。

この条件式（５）及び（６）を満たすと、広角ズームレンズ１００の広角端における横色収差及び望遠端における軸上色収差は良好に補正される。

広角ズームレンズ１００は、以下の条件式（７）を満たすことが好ましい。

０．７＜Ｔ２／ＩＨ＜１．１ （７）

ここで、Ｔ２は第２レンズ群２０の厚さである。即ち、第五表面Ｓ５から第十二表面Ｓ１２までの軸上距離であり、ＩＨは感知面６０の対角距離である。

この条件式（７）を満たすと、第２レンズ群２０を薄くし、広角ズームレンズ１００の全長を縮少させることができる。

本実施形態において、第一表面Ｓ１、第二表面Ｓ２、第五表面Ｓ５、第六表面Ｓ６、第十一表面Ｓ１１、第十二表面Ｓ１２及び第十三表面Ｓ１３は非球面である。レンズ表面の中心を原点として、光軸がｘ軸である場合、レンズ表面の非球面形状は以下の数式によって表される。

ｃはレンズ表面中心の曲率であり、ｈは光軸からレンズ表面までの高さであり、ｋは二次曲面係数であり、Ａｉは第ｉ次の非球面形状の係数である。

第一実施形態において、広角ズームレンズ１００は、表１〜表３を満たす。

表１において、Ｒは各々のレンズの光学表面の曲率半径であり、Ｄは対応する表面から次の表面までの軸上距離であり、ＮＤは各々のレンズのｄ光線に対する屈折率であり、ＶＤは各々のレンズにおけるｄ光線に対するアッベ数であり、Ｃｏｎｉｃは非球面の二次曲面係数である。

表２において、Ｆは広角ズームレンズ１００の有効焦点距離であり、ＦＮＯは広角ズームレンズ１００の絞り値であり、ＦＯＶは広角ズームレンズ１００の画角である。

本実施形態において、ｆ２／ｆ１＝０．８２８；Ｌ_２／ｆ_Ｔ＝０．７４４；ｆ３／ｆ２＝２．８３；Ｎ２／Ｎ１＝１．０３８；Ｖ１／Ｖ２＝２．２１；Ｖ４／Ｖ５＝３．４３；Ｔ２／ＩＨ＝０．８。

広角ズームレンズ１００の広角端における球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図２乃至図４に示したとおりである。具体的に、図２乃至図４の曲線は、それぞれＦ光線（波長が４８６ｎｍである）、ｄ光線（波長が５８８ｎｍである）、ｃ光線（波長が６５５ｎｍである）の球面収差曲線である。図２に示したように、球面収差値は（−０．３０ｍｍ〜０．３０ｍｍ）の範囲である。図３のＴ及びＳは、それぞれ光のメリディオナル方向の特性曲線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及び光のサジタル方向の特性曲線（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）であり、全て（−０．２０ｍｍ〜０．２０ｍｍ）の範囲内に制御される。図４に示したように、歪曲収差は、（−２０％〜０）の範囲内に制御される。広角ズームレンズ１００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。

広角ズームレンズ１００の望遠端における球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図５乃至図７に示したとおりである。具体的に、図５乃至図７の曲線は、それぞれＦ光線（波長が４８６ｎｍである）、ｄ光線（波長が５８８ｎｍである）、ｃ光線（波長が６５５ｎｍである）の球面収差曲線である。図５に示したように、球面収差値は（−０．３０ｍｍ〜０．３０ｍｍ）の範囲である。図６のＴ及びＳは、それぞれ光のメリディオナル方向の特性曲線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及び光のサジタル方向の特性曲線（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）であり、全て（−０．２０ｍｍ〜０．２０ｍｍ）の範囲内に制御される。図７に示したように、歪曲収差は、（０〜３％）の範囲内に制御される。広角ズームレンズ１００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。

図８は、本発明の第二実施形態の広角ズームレンズ１００ａを示す。第二実施形態が前記第一実施形態の広角ズームレンズ１００と異なる部分は、第一表面Ｓ１、第六表面Ｓ６、第十一表面Ｓ１１及び第十三表面Ｓ１３は球面であり、第十四表面Ｓ１４は非球面であり、且つ表４〜表６を満たすことである。

本実施形態において、ｆ２／ｆ１＝１．０５；Ｌ_２／ｆ_Ｔ＝１．０３９；ｆ３／ｆ２＝１．２５４；Ｎ２／Ｎ１＝１．１３；Ｖ１／Ｖ２＝２．５５；Ｖ４／Ｖ５＝１．７３９；Ｔ２／ＩＨ＝０．９７。

広角ズームレンズ１００ａの広角端における球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図９乃至図１１に示したとおりである。具体的に、図９乃至図１１の曲線は、それぞれＦ光線（波長が４８６ｎｍである）、ｄ光線（波長が５８８ｎｍである）、ｃ光線（波長が６５５ｎｍである）の球面収差曲線である。図９に示したように、球面収差値は（０〜０．３０ｍｍ）の範囲である。図１０のＴ及びＳは、それぞれ光のメリディオナル方向の特性曲線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及び光のサジタル方向の特性曲線（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）であり、全て（０〜０．２０ｍｍ）の範囲内に制御される。図１１に示したように、歪曲収差は、（−２０％〜０）の範囲内に制御される。広角ズームレンズ１００ａの球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。

広角ズームレンズ１００ａの望遠端における球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図１２乃至図１４に示したとおりである。具体的に、図１２乃至図１４の曲線は、それぞれＦ光線（波長が４８６ｎｍである）、ｄ光線（波長が５８８ｎｍである）、ｃ光線（波長が６５５ｎｍである）の球面収差曲線である。図１２に示したように、球面収差値は（−０．３０ｍｍ〜０．３０ｍｍ）の範囲である。図１３のＴ及びＳは、それぞれ光のメリディオナル方向の特性曲線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及び光のサジタル方向の特性曲線（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）であり、全て（−０．２０ｍｍ〜０．２０ｍｍ）の範囲内に制御される。図１４に示したように、歪曲収差は、（０〜３％）の範囲内に制御される。広角ズームレンズ１００ａの球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。

図２〜図７及び図９〜図１４において、Ｆ光線の波長は４８６ｎｍであり、ｄ光線の波長は５８７ｎｍであり、ｃ光線の波長は６５６ｎｍである。

広角ズームレンズは、大きな絞り値を有するとともに、優れた結像品質を確保できる。

以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

１０ 第１レンズ群
１１ 第１レンズ
１２ 第２レンズ
２０ 第２レンズ群
２１ 第３レンズ
２２ 第４レンズ
２３ 第５レンズ
２４ 第６レンズ
３０ 第３レンズ群
３１ 第７レンズ
４０ 絞り
５０ フィルター
６０ 感知面
１００、１００ａ 広角ズームレンズ
Ｓ１〜Ｓ１６ 表面

Claims (9)

1. 物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、及び正の屈折力を有する第３レンズ群が順に配列され、変倍する際、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群はその光軸に沿って移動し、以下の条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする広角ズームレンズ。
   ０．７７＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．１ （１）
   ０．７＜Ｌ２／ｆＴ＜１．０８ （２）
   ここで、ｆ１は前記第１レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ２は前記第２レンズ群の有効焦点距離であり、Ｌ２は前記広角ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍した後の前記第２レンズ群の移動距離であり、ｆＴは前記広角ズームレンズの望遠端における有効焦点距離である。
2. 広角端から望遠端まで変倍する際、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の距離は小さくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の距離は大きくなることを特徴とする請求項１に記載の広角ズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群には、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ及び正の屈折力を有する第２レンズが順に配列され、前記第２レンズ群には、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、負の屈折力を有する第５レンズ、及び正の屈折力を有する第６レンズが順に配列され、前記第３レンズ群は、正の屈折力を有する第７レンズを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ、前記第３レンズ、前記第６レンズ及び前記第７レンズは非球面であり、前記第２レンズ、前記第４レンズ及び前記第５レンズは球面であり、前記第４レンズ及び前記第５レンズは複合レンズであることを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
5. 以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の広角ズームレンズ。
   １．２＜ｆ３／ｆ２＜２．８５ （３）
   ここで、ｆ３は前記第３レンズ群の有効焦点距離である。
6. 以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項３に記載の広角ズームレンズ。
   １．０２＜Ｎ２／Ｎ１＜１．１５ （４）
   ここで、Ｎ１は前記第１レンズの屈折率であり、Ｎ２は前記第２レンズの屈折率である。
7. 以下の条件式（５）及び（６）を満たすことを特徴とする請求項３に記載の広角ズームレンズ。
   ２＜Ｖ１／Ｖ２＜２．７ （５）
   １．５＜Ｖ４／Ｖ５＜３．８ （６）
   ここで、Ｖ１及びＶ２は、前記第１レンズ及び前記第２レンズにおけるアッベ数である。Ｖ４及びＶ５は、前記第４レンズ及び第前記５レンズにおけるアッベ数である。
8. 前記広角ズームレンズは２つの絞りをさらに備え、前記２つの絞りは、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間にそれぞれに設置され、光は、前記第１レンズ群、前記絞り、前記第２レンズ群、前記絞り、及び前記第３レンズ群を順に通り、最後に結像面で結像されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の広角ズームレンズ。
9. 以下の条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の広角ズームレンズ。
   ０．７＜Ｔ２／ＩＨ＜１．１ （７）
   ここで、Ｔ２は前記第２レンズ群の厚さであり、ＩＨは感知面の対角距離である。